Chimie en Première

COLLECTION SAWD

Notes de cours | Wahab Diop

WAHAB DIOP PREMIERES S1 & S2

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http://physiquechimie.sharepoint.com | Serigne Abdou Wahab Diop lyce Limamou Laye

1 Gnralits sur la chimie organique

Gnralits sur la chimie organique

I. Prsentation de la chimie organique

1. HISTORIQUE Jusqu'au dbut du 19me sicle la chimie organique avait pour objet l'tude des substances issues des

tres (ou organismes) vivants (animaux et vgtaux). Cette chimie se diffrenciait de la chimie

minrale (ou inorganique) qui avait pour objet l'tude des substances issues du monde minral (la

Terre, l'eau et l'atmosphre). Avant le dbut du 19me sicle il semblait impossible de synthtiser

(fabriquer) en laboratoire des substances organiques partir des substances minrales. Les chimistes

pensaient que l'intervention d'une "force vitale" propre aux organismes vivants tait ncessaire ces

synthses que le chimiste, dans son tube essai, ne pouvait en disposer. Friedrich Whler (1800-

1882) russit en 1828 la synthse de l'ure (prsente dans l'urine) et montre ainsi que l'intervention

d'une force vitale n'est pas ncessaire cette synthse. Cette premire synthse provoqua un certain

trouble dans les milieux scientifiques, mais ne fut pas un succs dcisif, car l ure n est qu un dchet

des ractions chimiques de la vie. Il fallut attendre le milieu du XIXe sicle pour que Marcelin

Berthelot (1827-1907) mit fin dfinitivement la thorie de la force vitale en synthtisant un grand

nombre de composs organiques tels que le mthanol, l'thanol, l'thylne, l'actylne etc.

2. DEFINITION L'lment carbone est omniprsent dans les composs organiques ce qui justifie cette nouvelle

dfinition. La chimie organique est la chimie des composs du carbone d'origine naturelle ou

produits par synthse, lexception du carbone, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone,

des carbonates et les cyanures.

3. PARTICULARITE DE LA CHIMIE ORGANIQUE

- Les composs organiques prsentent par ailleurs un nombre trs limit d'lments autres que le carbone. On trouve en particulier les lments hydrogne, oxygne, azote, phosphore soufre, les halognes et certains mtaux (le magnsium Mg dans la chlorophylle et le fer Fe

dans l hmoglobine). - Les composs organiques ont une structure molculaire (ce sont des molcules, cest--dire

des ensembles datomes lis entre eux par des liaisons de covalence). - On connait dj plusieurs millions de composs organiques et chaque anne plusieurs milliers

dautres sont mis en vidence dans les produits naturels ou synthtiser au laboratoire.

II. Reprsentation des composs organiques

1. DEFINITION: CHAINE CARBONNEE

On appelle chane carbone ou squelette carbon l'enchanement des atomes de carbone constituant une molcule organique. C'est donc ce qu'il reste d'une molcule organique lorsqu'on l'a dpouille de tout autre atome que ceux de carbone.


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2. REPRESENTATIONS DES MOLECULES.

a) La formule brute

Du type CxHyOz (il peut y avoir d'autres lments), nous renseigne sur la nature et le nombre des atomes constitutifs. Par exemple l'thanol a pour formule brute C2H6O.

b) La formule dveloppe plane

Elle fait apparatre tous les atomes dans le mme plan et toutes les liaisons entre ces atomes. Les angles entre les liaisons sont de 90, exceptionnellement de 120 pour des raisons de clart, ce qui ne reprsente pas la ralit gomtrique de la molcule.

C C OH

H

H

H

H

H

c) La formule semi-dveloppe (plane)

Elle drive de la prcdente par suppression des liaisons mettant en jeu l'hydrogne (CH; OH; NH;...).

CH3 CH2 OH

d) La formule topologique (ou reprsentation topologique)

La chane carbone est reprsente par une ligne brise. Chaque extrmit de segment reprsente un atome de carbone portant autant d'atomes d'hydrogne qu'il est ncessaire pour satisfaire la rgle de l'octet. Les atomes autres que C sont reprsents de manire explicite ainsi que les atomes d'hydrogne qu'ils portent.

OH

3. TROIS TYPES DE CHAINES CARBONEES

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH3 CH CH2 CH3

CH3linaire

cyclique

ramifie

Remarque: La chane carbone est dite sature si elle ne prsente que des liaisons simples CC. Elle

est dite insature si elle prsente au moins une liaison multiple entre deux atomes de carbone.

4. ISOMERIES

Deux corps isomres sont des composs qui ont la mme formule brute mais des structures diffrentes.




Des isomres de constitution ont la mme formule brute mais des formules dveloppes planes (ou semi-dveloppes) diffrentes.

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3CH3 CH CH2 CH3

CH3

C5H12

III. Analyse lmentaire d un compos organique

1. ANALYSE QUALITATIVE C est la recherche des lments qui composent une molcule organique.

Un bcher froid plac au-dessus de la substance organique enflamme se recouvre de bue : la formation de vapeur deau met en vidence la prsence de llment H. Leau de chaux trouble met en vidence la formation de CO2 donc la prsence de llment C.

C4H10 + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

La recherche des autres lments O, N, halognes, S,est plus dlicate.

- recherche de llment O par dissolution de I2 (coloration brune en prsence de O), ou par dissolution du thiocyanate ferrique complexe (coloration rouge violette en prsence de O).

L oxygne est aussi fix par le phosphore. - recherche de llment N par formation de NH3 en chauffant la substance avec de la chaux

sode, la caractrisation de NH3 se fait par lodeur ou par le ractif de Nessler (K2HgI4). - un fil de cuivre dcap, fournit dans la flamme au contact de la substance un halognure

cuivreux CuX avec une flamme verte en prsence de Cl (test de Belstein), rouge avec Br et pourpre avec I.

- recherche de llment S par formation de H2S en chauffant le compos avec un morceau de sodium puis en reprenant par HCl dilu ; H2S noircit un papier imbib dactate de plomb.

- La potasse absorbe le CO2 - La ponce sulfurique absorbe leau forme (rle dshydratant de H2SO4)

- L oxygne est fix par le phosphore.




2. ANALYSE QUANTITATIVE Elle permet de connaitre les proportions ou pourcentage centsimal massique des diffrents

lments d un compos organique.

IV. Applications

1. METHODOLOGIE: CALCUL DE FORMULE BRUTE A partir de la masse molaire M et des pourcentages massiques

Soit le compos CxHyOz dont les pourcentages massiques sont connus: %C, %H et %O

- Pour une mole: il y a x moles d atomes de carbone, soit une masse mC=12x grammes; pour l hydrogne, le nombre de moles d atomes est y et la masse mH=y grammes; enfin, pour

l oxygne, la mole contient z moles d atomes d oxygne, soit mO=16z grammes.

- Pour 100 g: les masses cherches s identifient aux pourcentages. D o le tableau suivant:

Carbone Hydrogne Oxygne

1 mole 12x y 16z

100 grammes %C %H %O

Il y a bien entendu, proportionnalit entre les masses des divers lments dans 1 mole et dans 100 g.

D o:

12x%C

y

%H

16z%O

A partir d une raction de combustion

Le dosage de l'lment est donn par les rsultats de la raction de l'analyse lmentaire. Soit la raction de combustion complte, ralise en prsence d'un excs d'oxygne dans un tube clos. L'eau et le CO2 forms sont fixs dans des filtres spcifiques, pralablement tars, et pess aprs la combustion. La diffrence de masse mesure donne respectivement la masse de l'eau et du dioxyde de carbone produits par la combustion du compos Si m grammes d'chantillon inconnu donnent p grammes de CO2 et q grammes d'eau.

Raction CxHyOz + O2 xCO2 +

y2

H2O

masses m p q

Nombre de moles mM

p44

q18

On tablit une quation partir de la conservation de la matire, lment par lment, dans une

raction totale

Nombre de mole de C dans l'inconnu x.mM

soit x fois le nombre de mole mM

d'inconnu.




Nombre de mole de C dans CO2 1.p44

D'o l'quation de conservation du carbone x .mM

= 1.p44

et x 1.p .M44.m

De mme pour H on aura y 2.qM18.m

Des variantes sont possibles, la mthode tant simple il est plus fiable de mmoriser le principe du calcul que les formules.

2. DETERMINATION DE LA FORMULE BRUTE DUN COMPOSE La combustion complte de 3,6 g dun compos de formule CxHyOz fournit 8,7 g de dioxyde de

carbone et 3,7 g deau.

a) Quelle est la composition centsimale massique de la substance ? b) Quelle est la masse molaire molculaire de la substance, sachant que la densit de sa vapeur

par rapport lair est d = 2,48. c) Quelle est la formule brute de la substance ?

Rsolution:

a) Composition centsimale

CxHyOz +

x

y4

z2

O2 x CO2 + y2

H2O

3,6g 8,7g 3,7g

- La masse de carbone contenue dans 8,7g de CO2 est la mme que celle contenue dans 3,6g du compos. Remarquer qu aprs la combustion tout le carbone du compos se retrouve dans le CO2. Soit mC masse du carbone:

mC

8,7

1244

2,4g soit %C 2,43,6

100 66,7%

- La masse de carbone dans 3,7g d eau est la mme que celle contenue dans 3,6g du compos.

mH 3,7 2

18 0,4g soit %H

0,43,6

100 11,1% d o %O=100-(66,7+11,1)=22,2%

b) Masse molaire du compos: M=29d=29 2,48 72 g/mol c) Formule brute

On utilise la rgle des proportionnalits.

lments C H O

1 mole (M) 12x y 16z

100 66,7 11,1 22,2

Soit M

100

12x66,7

y

11,1

16z22,2

On trouve: x ; y 8 et z 1




La formule brute du compos est: C4H8O

3. DETERMINATION DE LA COMPOSITION CENTESIMALE A PARTIR DE LA FORMULE BRUTE La formule de l thanol est C2H6O. Calculer les pourcentages en masse de carbones, d hydrogne et

d oxygne de l thanol.

Rponse: %C=52,14%; %H=13,13% et %O=34,73%



7 Les alcanes

Les alcanes

Les alcanes existent en grande quantit sous forme de gisements naturels de gaz ou ptrole. Lorigine

de ces gisements est attribue la fermentation de la cellulose des vgtaux des temps

prhistoriques dans le sol, sous laction des bactries. A partir du ptrole brut, on peut retirer les

premiers alcanes jusqu C6H14. Pour dautres alcanes particuliers, on utilise des mthodes de

prparation artificielles.

I. Ttravalence du carbone

1. RAPPEL L'atome de carbone a 6 lectrons 126C

Modle de Lewis : L'atome de carbone peut avoir 4 liaisons covalentes simples Les atomes voisins forment alors un ttradre autour de l'atome de carbone qui est dit ttragonal.

2. REPRESENTATION PERSPECTIVE CONVENTIONNELLE Dans la molcule de mthane CH4, l'atome de carbone est situ au centre d'un ttradre rgulier.

Pour reprsenter sur un plan une structure tridimensionnelle, il faut utiliser des notations conventionnelles ayant une signification spatiale telles celles de la reprsentation perspective.

HCH 10928 et d(C H) 110 pm Par convention, on reprsente :

par un trait plein ( ), les liaisons situes dans le plan de figure, la valeur de l'angle entre ces liaisons tant respecte ;

par un trait pointill (----) ou par un triangle allong hachur ( ), une liaison dirige vers l'arrire du plan de figure ;

par un triangle allong plein ( ), une liaison dirige vers l'avant du plan de figure.

3. LES HYDROCARBURES Les hydrocarbures sont des composs organiques ne contenant que les lments hydrogne et carbone. Leur formule brute est CxHy.

II. Les alcanes

1. DEFINITION Les alcanes sont des hydrocarbures de formule brute CnH2n+2. Tous leurs atomes de carbone sont

ttragonaux. Le mthane CH4 est le plus simple des alcanes.



8 Les alcanes

2. L'ETHANE : LA LIAISON SIMPLE C - C L'thane, de formule brute C2H6, est un alcane. La structure de la molcule d'thane fait apparatre

une liaison covalente simple entre les atomes de carbone ttragonaux ; des liaisons covalences simples entre les atomes de carbone et les atomes d'hydrogne.

HCH = CCH = 10928 et d(C-H)=110 pm; d(C-C)=154 pm

Les deux groupes CH3 peuvent tourner l'un par rapport l'autre, l'axe de rotation tant l'axe de la

liaison C - C. Nous obtenons ainsi une infinit de dispositions spatiales de la molcule d'thane dont:

H

HH

H

H H

HH

HH

HH

modle clat modle clips

reprsentation de Newman

Le phnomne vu sur le modle molculaire correspond la ralit : temprature ordinaire, la molcule d'thane passe continuellement d'une disposition, ou conformation, une autre. Ce rsultat est gnral.

Dans les hydrocarbures, il y a libre rotation autour des liaisons simples C - C.

3. LA CHAINE CARBONEE DES ALCANES Remplaons l'un des atomes d'hydrogne du modle molculaire de l'thane par un groupe mthyle - CH3 ; nous obtenons ainsi celui de la molcule de propane C3H8. En rptant cette opration, nous

construisons une srie de composs : les alcanes.

Les alcanes sont des hydrocarbures chane carbone dite sature : toutes les

liaisons C - C sont simples.

3. ISOMERIES Pour la formule brute C4H10, deux possibilits apparaissent :

un alcane chane carbone non ramifie, dite aussi chane linaire : le butane CH3 CH2 CH2 CH3

un alcane chane carbone ramifie : le mthylpropane CH3 CH CH3

CH3



9 Les alcanes

Ces deux alcanes ont mme formule brute C4H10, mais leurs structures sont diffrentes : ce sont des isomres de constitution. Comme ils ne diffrent que par l'enchanement de leurs atomes de carbone, cette isomrie de constitution est appele isomrie de chane. Des isomres de constitution ont mme formule brute, mais des formules dveloppes diffrentes. Ils ont des proprits physiques et chimiques diffrentes. Voir ci-dessous.

4. NOMENCLATURE DES ALCANES La nomenclature des composs chimiques obit des rgles dfinies par l'Union Internationale de Chimie Pure et Applique (U.IC.P.A.).

a) Alcanes chane carbone non ramifie

Les quatre premiers alcanes (1 < n 4) portent des noms consacrs par l'usage : mthane, thane,

propane, butane. Les noms des alcanes linaires suivants (n 5) sont constitus d'un prfixe qui indique le nombre d'atomes de carbone de la chane (pent-, hex-, hept-, oct-...) suivi de la terminaison -ane caractristique des alcanes

b) groupes alkyles non ramifis :



10 Les alcanes

En retirant un atome d'hydrogne un atome de carbone terminal d'un alcane linaire, on obtient un groupe alkyle dont le nom s'obtient en remplaant la terminaison -ane de l'alcane correspondant par la terminaison -yle. Exemple : mthyle CH3 ; thyle CH2 CH3 ou C2H5. En gnralisant CnH2n+2 peut s'crire sous la forme CnH2n+1 - H Groupe alkyle symbolis par R

Isopropyle

Sec-butyle

Isobutyle

Tert-butyle ou

tertiobutyle

Isopentyle

Nopentyle

Un alcane peut donc s'crire R H

c) alcanes chane carbone ramifie Alcanes ramifis = chane la plus longue + substituants alkyles

1) Reprer et nommer la chane la plus longue. Les groupes qui nappartiennent pas cette chane sont des substituants ou groupes alkyle.

2) Numroter la chane principale dans les deux sens et classer les indices des substituants par ordre croissant. Le bon sens est celui qui fournit le plus petit chiffre au niveau de la premire

diffrence.

3) crire le nom de lalcane en commenant par les substituants classs suivant lordre alphabtique de leur nom crit sans "e" et en indiquant le numro du carbone o se fait la

ramification suivi dun tiret (cest lindice de position).

4) Lorsquun mme substituant est prsent plusieurs fois, on ajoute les prfixes di-, tri-, ttra-, penta qui ninterviennent pas dans lordre alphabtique

5) L ensemble est suivi du nom de l alcane chane linaire correspondant la chane principale.



11 Les alcanes

Exemples:

CH3C

CH3

CH3CH

CH2

CH2CH3

CH

CH2CH3

CH3

3-ethyl-2,2,5-trimethylheptane

CH3

CH

CH3

CH2

CH

CH2

CH2

CH3

CH2CH

CH3

CH34-ethyl-2,7-dimethyloctane

Remarque: Pour une molcule possdant deux numrotations identiques de la chane principale, on

respecte lordre alphabtique des noms des groupes alkyles en choisissant le sens qui donne au

premier l indice le plus petit.

CH3

CH2CH2

CH

CH2

CH3

CH

CH3

CH2CH2

CH3

4-ethyl-5-methyloctane

III. Proprits physico-chimiques

1. CARACTERES PHYSIQUES Dans les conditions ordinaires, les quatre premiers alcanes sont gazeux ; partir du pentane les

alcanes linaires sont des liquides de point dbullition de plus en plus lev ; partir de C17H36 ce

sont des solides dont le point de fusion ne dpasse pas 100C. A masse molaire gale, le point

dbullition est dautant plus bas que la molcule est plus ramifie.

Les alcanes sont insolubles dans leau et sont des solvants de nombreux composs organiques.

2. REACTIVITE Les liaisons qui constituent les alcanes sont des liaisons fortes et leur rupture est donc trs difficile, cest pourquoi les alcanes manifestent une grande stabilit et sont peu ractifs.



12 Les alcanes

3. REACTION DE COMBUSTION a) Combustion complte

Lors d'une raction de combustion, il y a destruction des liaisons C H et C C. La combustion est complte lorsqu'on est en excs d'oxygne. En prsence d'un excs de dioxygne, la combustion du mthane est complte et donne de l'eau et du dioxyde de carbone.

Alcane + dioxygne dioxyde de carbone + eau crivons l'quation-bilan de raction.

CH4 + 2O 2 CO 2 + 2 H 20 Gnralisation Lors d'une raction complte, nous pouvons crire l'quation-bilan suivante

C nH 2 n +2 + 3n 1

2 O 2 n CO 2 + (n + 1) H 2O

Application : crire la raction de combustion complte du propane et du butane.

b) Combustion incomplte En prsence d'un dfaut de dioxygne, la combustion du mthane est incomplte et donne de l'eau et du carbone.

Alcane + dioxygne carbone + eau crivons l'quation-bilan de raction.

CH4 + O 2 C + 2 H 20 quation gnrale :

CnH2n 2 + n 1

2 O2 n C + (n 1) H2O

4. LES REACTIONS DE SUBSTITUTION

Elles consistent remplacer un atome d'hydrogne dans la molcule d'un alcane par un autre atome ou par un groupe d'atomes. Il y a rupture des liaisons C H et remplacement progressif des atomes d'hydrogne par des atomes d'lments halognes : Chlore, Brome Les drivs halognes des alcanes sont des produits de base de nombreuses synthses, ce sont aussi de bons solvants. Exemples :

On part d'un mlange de 1 volume de mthane et 1 volume de dichlore dans une prouvette renverse sur une cuve d'eau sale (le dichlore ne s'y dissout pas). A la lumire diffuse, l'eau sale monte dans le tube, la couleur jaune-verdtre du dichlore disparat et sur les parois se forment des gouttelettes d'aspect huileux, le pH de l'eau sale diminue.

(1) : CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl chloromthane (gaz)

(2) : CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl dichloromthane (gaz)

(3) : CH3Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl trichloromthane ou chloroforme (liquide)

(4) : CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl ttrachloromthane (liquide) ttrachlorure de carbone



13 Les alcanes

(1) : Synthse des caoutchoucs, rsines. (3) et (4) : solvants, prparation des drivs fluors (les frons), gaz propulseur, fluide caloporteur.

On a une raction similaire avec le brome. Avec le fluor, on a une raction de destruction, ainsi

qu'avec l iode elle est trs lente voire chimiquement inerte. La raction est catalyse par la lumire, elle est dite photochimique.

On peut rsumer les quations par une quation gnrale de substitution:

CnH2n 2 + xCl2 CnH2n 2 xClx xHCl

o x est le degr de substitution.

Nomenclature des drivs halogns:

halogne substituant prfixe

fluor F- fluor

chlore C- chloro

brome Br- bromo

iode I- iodo

Exemples:

CH3

CH2

CH

CH2

CH3

CH

CH

CH2

Cl

I

Cl

CH3 C

Br

C CH3

Br

CH2Cl CH31,3-dichloro-4-ethyl-2-iodohexane

2,3-dibromo-1-chloro-2,3-dimethylbutane

IV. Alcanes cycliques Il existe des hydrocarbures saturs dont la chane carbone est un cycle ferm. On les appelle des cyclanes. La formule gnrale des cyclanes est CnH2n.

Mme nom que les alcanes linaires correspondant avec le prfixe cyclo- :



14 Les alcanes

CH2

CH2CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2cyclopropane

cyclobutane cyclopentanecyclohexane

Cycloalcanes substitus : numrotation des atomes de carbone de telle faon que la position des substituants corresponde au chiffre le plus petit

CH

CH2

CH

CH2

CH2

CH

CH

CH

CH3

CH3

CH3

CH3

CH2

CH3

1-ethyl-4-isopropyl-2,5-dimethylcycloheptane

Les proprits chimiques des hydrocarbures cycliques sont pratiquement identiques celles des hydrocarbures acycliques de mme type.



15 Hydrocarbures insaturs: alcnes-alcynes

Hydrocarbures insaturs: alcnes-

alcynes

I. Gnralits

1. DEFINITIONS ET FORMULES GENERALES - On appelle alcnes, les hydrocarbures insaturs non cycliques de formule CnH2n dont la

molcule comporte une liaison double C=C.

- Les alcynes sont les hydrocarbures linaires de formule CnH2n2 dont la molcule comporte une liaison triple CC

2. STRUCTURES, NOMENCLATURE ET ISOMERIES DES ALCENES a) Molcule dthylne

L thylne est le premier compos de la srie des alcnes, sa formule brute est C2H4

On a: d(CC)=134 pm

- Les six atomes de la molcule sont coplanaires: la molcule est plane - La liaison empche la libre rotation autour de l axe C-C des groupes CH2. - En remplaant un ou plusieurs atomes d hydrogne de la molcule d thylne par un ou

plusieurs groupements alkyles, on obtient une famille d hydrocarbures prsentant toutes

une double liaison: ce sont les alcnes.

b) Nomenclature des alcnes

Le nom d un alcne s obtient partir du nom de l alcane correspondant en remplaant la

terminaison "ane" par "ne", prcd, entre tirets, de l indice de position de la double liaison. La

position de la double liaison est indique par le numro de l'atome de carbone doublement li qui

possde l'indice le plus petit. La chane principale est celle la plus longue contenant la double liaison.




Exemples:

CH3

CCH

CH

CH3

CH3CH2

CH3

CH2

C CH

CH3

CH3 CH3

2,4-dimethylhex-3-ne2,3-dimethylbut-1-ne

c) Isomries des alcnes

Les alcnes possdent deux types d isomrie: l isomrie de position (due la position de la double

liaison dans le squelette carbon) et les stro-isomries (dues la position dans l espace des

radicaux)

CH2 CH CH2 CH3 CH3 CH CH CH3

but-1-ne but-2-ne

Le but-2-ne et le but-1-ne sont des isomres de position.

Le but-2-ne lui-mme se reprsente dans l espace suivant deux configurations diffrentes qui sont

des stro-isomres.

H

C C

CH3

CH3 H

CH3

C C

CH3

H H

(Z)-but-2-ne (E)-but-2-ne

Lorsque les deux atomes d hydrogne sont de part et d autre du plan de la double liaison C=C, nous

avons la stro-isomrie de type (E) (Entgegen: opposs)

On obtient la stro-isomrie (Z) (Zusammen = ensemble) lorsque les groupes mthyle sont du

mme ct par rapport au plan de la double liaison.

3. STRUCTURES ET NOMENCLATURE DES ALCYNES a) La molcule dactylne

L actylne est le premier compos de la srie des alcynes, sa formule est C2H2.

C CH H

d(CC)=120 pm

Les noyaux des quatre atomes sont linaires. La molcule d actylne possde:

- Une liaison "solide" de type sigma - Deux liaisons "fragiles", donc ractives de types

Les alcynes sont des hydrocarbures chane ouverte dont la molcule comporte une triple liaison.




b) Nomenclature des alcynes

Mme nomenclature que les alcnes. Pour les nommer, il faut remplacer le suffixe "ane" de lalcane correspondant par le suffixe "yne".

Actylne Propyne But-1-yne But-2-yne

II. Prparations de l thylne et de l actylne

1. PREPARATION DE LETHYLENE

L thylne est un gaz incolore et inodore de densit d=0,96.

C2H5OH + H2SO4 chauffage

C2H4 + H2O

2. PREPARATION DE LACETYLENE

Cet hydrocarbure a t isol par M. Berthelot en 1860. Sa synthse partir du carbure de calcium est due au chimiste franais H. Moissan. Le carbure de calcium est obtenu par rduction de l'oxyde de calcium au four lectrique. Cette raction consomme une quantit importante d'nergie.

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2

C2H4

Eau

Soude

H2SO4

thanol




De nos jours, la prparation industrielle de l'actylne est effectue par dshydrognation thermique du mthane ou de l'thane haute temprature.

2CH4 C2H2 + 3H2 ; C2H4 C2H2 + H2

Les exigences thermiques de ces ractions font de l'actylne un compos de dpart dans les

synthses industrielles beaucoup plus onreux que l'actylne.

III. Proprits chimiques

1. COMBUSTION DANS LE DIOXYGENE Les hydrocarbures donnent par une raction de combustion complte du dioxyde de carbone et de

l eau.

Alcnes: CnHn + 3n2

O2 nCO2 + nH2O

Alcynes: CnH2n-2 + 3n 1

2 O2 nCO2 + (n-1)H2O

2. REACTIONS DADDITION Les alcnes et les alcynes prsentent des liaisons multiples (insaturation) qui peuvent fixer d autres

atomes ou groupes d atomes.

a) Addition du dihydrogne ou hydrognation

Cas des alcnes:

La raction s effectue en prsence de nickel (Ni), de platine (Pt) ou de palladium (Pd) 25C et la

pression 1 bar

eau

CaC2 eau

C2H2




Cas des alcynes:

L'hydrognation en prsence de nickel de Raney (nickel rduit) conduit l'alcane. On peut aussi

utiliser le platine (Pt) ou le palladium (Pd).

CH3 CH2 C C CH2 CH3

CH3 CH2C C

CH2 CH3

HH H

Hhex-3-yne

hexane

H2, [Ni]

Pour arrter la raction au stade l'alcne, on utilise un catalyseur moins actif. Le catalyseur de Lindlar

est constitu de palladium prcipit sur un support de BaSO4 puis empoisonn par de la quinoline. Il

permet l'hydrognation des alcynes en alcnes mais n'est pas suffisamment actif pour hydrogner

ces derniers en alcanes. On parle parfois de palladium dsactiv. (5 10 bar et 25C)

b) Halognation ou addition dhalogne

L'une des premires synthses industrielles du dichlorothane, qui est un intermdiaire dans la synthse du chlorure de vinyle, consistait en une raction d'addition entre l'thylne et le dichlore.

C C

H

H H

H+ Cl Cl

20 CC C

HCl

H

H

H

Cl

ethylene 1,2-dichloroethane

Les composs thylniques additionnent facilement Cl2 et Br2 pour conduire des drivs dihalogns vicinaux. F2 trs oxydant dtruit la molcule. Avec I2 peu ractif, la raction conduit un quilibre dfavorable au produit. La raction s'effectue par union directe dans les conditions normales de temprature et de pression. Les solvants utiliss sont CH2Cl2, CHCl3, CCl4.




c) Hydratation ou addition deau

Cas des alcnes:

L'addition d'eau sur un compos thylnique s'appelle hydratation. Elle conduit la formation d'un alcool. Avec les alcnes substitus, il suffit d'utiliser un acide dilu. L'ion H+ est alors un catalyseur de la raction :

C C

H

H H

H+ C CH

OH

H

H

H

H

OH2

H2SO4

ethylene ethanol

Lorsque le substrat thylnique est dissymtrique. La raction est fortement rgioslective.

CH3 CH CH2 + OH2

CH3 CH CH3OH

CH3 CH2 CH2 OH

H+

propan-2-ol

propan-1-ol

majoritaire

minoritaire

Rgle de Markovnikov

nonc historique Cette rgle nonce par le chimiste russe V. V. Markovnikov en 1868 constitue l'une des premires et des plus clbres tentatives de rationalisation de rsultats exprimentaux en chimie organique. Il s'agissait l'origine d'une rgle empirique qui concernait l'addition des hydracides halogns sur les alcnes dissymtriques. Markovnikov avait reconnu le caractre trs rgioslectif de cette addition. La rgle permet de prvoir l'atome de carbone sur lequel se fixe l'hydrogne de l'hydracide :

Lors de l'addition d'un hydracide sur un alcne dissymtrique l'atome

d'hydrogne se fixe sur l'atome de carbone le moins substitu (plus

hydrogn).

Examinons l'exemple de l'addition de HBr sur le mthylpropne. On obtient effectivement de faon quasi exclusive le 2-mthyl-2-bromopropane.




CH3

C CH2CH3

CH3

CH CH2CH3

Br

CH3

C CH3CH3

Br

+ BrH +2-methylprop-1-ene 1-bromo-2-methylpropane

( environ 100%)2-bromo-2-methylpropane (environ 0%)

Cas des alcynes:

L'addition d'eau sur les alcynes est catalyse par les ions Hg2+. A partir d'un alcyne terminal on obtient un aldhyde. En particulier l'thyne (actylne) , conduit l'thanal. Cette raction qui fut longtemps la base du procd industrielle de fabrication de l'thanal n'est plus utilise cause du cot lev de la production de l'actylne. Actuellement, l'thanal est synthtis partir de l'thne grce au procd Wacker beaucoup plus conomique.

Les alcynes disubstitus fournissent des ctones.

Le mcanisme de ces ractions fait intervenir la formation d'un nol.

L'quilibre de tautomrie est en faveur du compos carbonyl plus stable que l'nol.

Dans la formation de l'nol, la rgle de Markovnikov est suivie. Il se forme de faon intermdiaire le carbocation le plus stable, c'est dire le plus substitu.




IV. La polymrisation

Cette technique consiste en une addition rpte (polyaddition) d'un trs grand nombre de molcules insatures identiques appeles monomres. Elle conduit une macromolcule appele polymre. Le monomre doit contenir au moins une liaison double C=C

Par exemple:

n est appel indice ou degr de polymrisation et le groupe CH2CHA est appel motif du polymre.

On a la relation suivante: n MpolymreMmonomre

(M: masse molaire en g/mol)

Voici quelques exemples de polymres et leurs principales applications:




Monomre Polymre Applications

thylne

Polythylne (PE)

Emballage d'aliments, films plastiques flacons, bidons...

Propne

Polypropylne

Objets mouls rsistants, rcipients valises, pare-choc...

Chlorure de vinyle

Polychlorure de vinyle (PVC)

Tuyau, canalisations, bouteilles Volets...

Styrne

Polystyrne (PS)

Casiers de rfrigrateurs, mobilier transparent, jouets...

Cyanure de vinyle

Polyacrilonitrile (PAN)

Fibres synthtiques, vtements,...



24 Les hydrocarbures aromatiques: Le benzne

Les hydrocarbures aromatiques: Le

benzne

Le benzne est un hydrocarbure de formule brute C6H6, liquide la temprature ordinaire, facile

cristalliser 5,5 C, d'indice de rfraction lev, voisin de celui du verre. Il a t isol en 1825 par M.

Faraday dans le gaz d'clairage. En 1834 E. Mitscherlich l'a prpar en chauffant de l'acide benzoque

en prsence de chaux et lui a donn son nom.

Le benzne est le compos le plus connu de la famille des composs aromatiques. A l'origine le

terme aromatique dsignait une famille de substances possdant une odeur caractristique, souvent

agrable.

I. Structure de la molcule de benzne

1. GEOMETRIE DE LA MOLECULE La structure du benzne a t dtermine en 1931 par diffraction des rayons X.

Les 6 atomes de carbone occupent les sommets d'un hexagone rgulier.

Les longueurs de liaison entre atomes de carbone sont toutes gales 0,140 nm, intermdiaire entre une liaison simple (0,154 nm) et une liaison double (0,134 nm).

Les 6 atomes d'hydrogne sont dans le mme plan que les 6 atomes de carbone.

2. INTERPRETATION ET REPRESENTATION SCHEMATIQUE

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H H

H

HH

H

Les 6 lectrons non engags dans les liaisons simples forment un nuage lectronique uniformment

rpartie sur l ensemble du cycle carbon. Ils constituent ainsi une seule liaison "collective" entre les 6

atomes de carbone. La dlocalisation lectronique des lectrons est schmatise par un cercle

l'intrieur du cycle.

II. Quelques exemples de composs aromatiques

compos formules utilisation




l aniline C6H5-NH2

NH2

- synthse d'une classe

importante de matires

plastiques : les polyurthanes

- la fabrication de colorants, de

mdicaments (par exemple, la

sulfanilamide), d'explosifs et de

nombreux produits chimiques

synthtiques.

le phnol C6H5-OH

OH

-utilis dans la synthse des

rsines, des matires

plastiques, des insecticides, des

explosifs, des colorants, des

dtergents et comme matire

premire dans la production de

mdicaments, tels que

l'aspirine.

le tolune C6H5-CH3

CH3

Le tolune est trs utilis

comme solvant ; il remplace en

gnral le benzne, beaucoup

plus toxique

le xylne C6H4-(CH3)2

CH3

CH3

orthoxylne ou 1,2-dimthylbenzne

CH3

CH3

mtaxylne ou 1,3-dimthylbenzne

CH3

CH3

paraxylne ou 1,4-dimthylbenzne

compris les colorants, les

mdicaments, les explosifs, les

armes alimentaires, les

parfums, les dulcorants de

synthse, les peintures, les

agents conservateurs, les

insecticides et les rsines




le naphtalne C10H8

naphtalne, hydrocarbure

cristallin blanc. C'est le

compos qui donne son odeur

aux boules de naphtaline.

Provenant du goudron de

houille, il est utilis dans la

fabrication des matires

plastiques, des colorants,

d'autres substances chimiques,

et comme antiseptique et

insecticide. Il est toxique

partir d'une certaine quantit

absorbe.

III. Proprits chimiques du benzne

1. COMBUSTION DANS LE DIOXYGENE Le benzne est un hydrocarbure, sa combustion dans le dioxygne de l air produit du dioxyde de

carbone CO2 et de l eau H2O.

C6H6 + 152

O2 6CO2 + 3H2O

2. REACTION DADDITION a) Hydrognation

L'hydrognation du benzne s'effectue en bloc et conduit au cyclohexane. Elle ncessite des conditions exprimentales assez vigoureuses et un catalyseur. On interprte la grande efficacit du nickel par le fait que le rseau cubique faces centres de ce mtal est adapt la gomtrie hexagonale du benzne.

A temprature modre, la transformation est totale dans le sens de la gauche vers la droite. A haute temprature elle se renverse.

Le cyclohexane peut tre dans plusieurs configurations dont la configuration chaise (plus stable) et la configuration bateau.




Application : hydrognation slective des chanes latrales Le cycle est thermodynamiquement stable et cintiquement beaucoup moins ractif qu'une double liaison thylnique. On peut donc hydrogner slectivement une double liaison thylnique en oprant temprature et pression ambiantes. L'exemple suivant concerne le styrne.

CHCH2

CH2

CH3

H2 / [Ni]

1 bar, 20 C

b) Addition de dichlore

L'addition du dichlore s'effectue en bloc. La raction est initie par un rayonnement UV. On obtient diffrents stro-isomres de 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane de formule C6H6C6.

H

+ Cl Clh Cl

ClCl

Cl

ClCl

Le stro-isomre reprsent ci-dessous est appel gammexan (ou -lindane). C'est un puissant insecticide.




L'image de gauche reprsente le gammexan encore appel -lindane en hommage son dcouvreur, le chimiste Belge Van der Linden.

3. REACTION DE SUBSTITUTION Le substrat est le compos aromatique. La raction consiste en la substitution d'un atome

d'hydrogne du substrat. Puisqu'il s'agit d'une substitution, le caractre aromatique du substrat se

retrouve dans le produit final.

a) halognation

La chloration et la bromation peuvent tre effectues par union directe entre le benzne ou l'hydrocarbure aromatique et les corps simples Cl2 ou Br2 condition d'utiliser un acide de Lewis : AlCl3, AlBr3, FeBr3 comme catalyseur. Lorsqu'il s'agit de prparer un intermdiaire de synthse, on prfre gnralement la bromation car Br2 prsente l'avantage d'tre liquide la temprature ambiante.

H Cl

+ Cl2AlCl3

+ ClH

Prenons lexemple de lhalognation du tolune

CH3 CH3

Cl

+ Cl2AlCl3

+

CH3

Cl froid: 62% 38% chaud: 34% 66%

2 2 2 ClH+

On peut obtenir plusieurs drivs halogns suivant l quation gnrale:

C6H6 + xC2 C6H(6-x)Cx + xHC

b) Raction de nitration

La raction de nitration du benzne peut tre effectue la temprature ambiante en utilisant HNO3

fumant (titrant 98 % en HNO3) ou le mlange HNO3, H2SO4 concentr. Elle conduit au

mononitrobenzne. Ce dernier, plus dense que les ractifs, va au fond du racteur.




H

+ H2SO4NO2

+ OH2HNO3

lbullition du nitrobenzne, sa nitration donne les rsultats suivants :

NO2 NO2NO2

NO2

NO2

NO2

NO2

HNO3

fumant6%

1%

93%

Les drivs nitrs en tant qu'explosifs Les drivs polynitrs, notamment le 2,4,6-trinitrotolune, sont utiliss comme explosifs. On les obtient dans des conditions plus dures que les mononitrs. La raction doit tre effectue chaud et sous pression.

NO2

CH3

O2N

O2N

La molcule ci-dessus reprsente la molcule de trinitrotolune plus connue sous le sigle TNT, encore appele tolite. A la diffrence de la nitroglycrine, c'est un compos assez stable pour lequel la dcomposition ncessite un explosif auxiliaire. Comme tous les explosifs nitrs, la raction est une oxydorduction interne qui provoque une grande libration de gaz. L'augmentation brutale de volume qui en rsulte est l'origine d'une onde de choc et du caractre brisant de l'explosif.

c) Sulfonation

La sulfonation du benzne peut tre effectue en portant reflux un mlange de benzne et d'olum

(SO3 dissous dans H2SO4 concentr).

+ H2SO4SO

3 dans H

2SO

4

SO3H

+ OH2




d) Alkylation Friedel et Crafts

La raction ncessite la plupart du temps l'emploi d'un acide de Lewis comme catalyseur afin d'exalter le caractre lectrophile du ractif. On utilise AlCl3 ou AlBr3 avec les drivs halogns. H

+ avec les alcools et les thylniques.

La raction peut servir greffer une chane alkyle sur un cycle benznique.

H

+AlX

3 ou FeX

3

R

+R X HX

e) Alcoylation de Friedel et Crafts

Il s'agit d'une synthse de ctone aromatique. Le ractif acylant est un halognure d'acyle ou un anhydride d'acide. La raction ncessite l'utilisation d'un acide de Lewis comme AlCl3 en tant que catalyseur.

H

+ AlX3 ou FeX3C R

O

+ HXR C XO

C CH3

O

+ CO

Cl

CH3

AlCl3

+ ClH

IV. Aromaticit On parle de composs aromatiques lorsqu une molcule rpond certains critres. Chaque critre

tant ncessaire mais pas suffisant. En effet, pour qu un compos soit aromatique, il faut:

Qu il possde 4n+2 lectrons dlocaliss (n=0, 1, 2, ). C est la rgle de Huckel

Que tous les lectrons soient dans un mme plan (molcule plane)

Si ces deux conditions sont respectes alors le compos est aromatique. Le benzne est un hydrocarbure aromatique qui correspond la valeur n = 1.



31 Les composs oxygns

Les composs oxygns

A. COMPOSES ORGANIQUES DONT LA MOLECULE NE COMPORTE QUUN SEUL ATOME DOXYGENE

I. LES ALCOOLS

1. Dfinition et formule gnrale: La molcule d un alcool est caractrise par la prsence d un groupe hydroxyle OH li un carbone

ttragonal.

La formule gnrale d un alcool est CnH2n+2O ou CnH2n+1-OH ou R-OH.

2. Classes d'un alcool : La classe d'un alcool dpend du nombre datome de carbone li au carbone fonctionnel (atome de

carbone reli au groupe OH).

Si cet atome de carbone fonctionnel est, par ailleurs, reli un seul C, il est primaire. L'alcool est galement primaire ou de classe I.

Si cet atome de carbone fonctionnel est, par ailleurs, reli deux C, il est secondaire. L'alcool est galement secondaire ou de classe II.

Si cet atome de carbone fonctionnel est, par ailleurs, reli trois C, il est tertiaire. L'alcool est galement tertiaire ou classe III.

Remarque: dans le cas du mthanol CH3OH, le carbone fonctionnel n'est reli aucun atome C

nanmoins il constitue une exception classe dans le groupe des alcools primaires.

3. Nomenclature des alcools:

Le nom dun alcool sobtient partir du nom de lalcane correspondant en remplaant le "e" final

par "ol", prcd, entre tirets, de lindice de position du groupe hydroxyle. La chane principale est la

chane la plus longue contenant le groupe OH. Elle est numrote de telle sorte que le groupe OH

porte lindice le plus petit possible.

Exemples :

Nommons et classons les alcools de formule brute C4H10O.




II. LES ETHER-OXYDES

1. Dfinition

On appelle ther oxyde un compos organique dont la molcule contient un atome d oxygne

directement li deux atomes de carbone ttragonaux.

CO

C

H

H

HH

H

H

La formule gnrale des ther-oxydes est: R-O-R ou CnH2n+2O

2. Nomenclature Plusieurs possibilits admises par lIUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry (Union

Internationale de Chimie Pure et Applique)

- on fait prcder du mot oxyde les noms des deux radicaux R et R' qui entourent loxygne. - si dautres groupes fonctionnels sont prsents, on prfre nomme lther RO comme

substituant du nom de la chane principale.

- galement admis, le nom des deux radicaux suivi de ther.

CH3

O

CH2

CH2

CH3

Oxyde de mthyle et de propyle ou 1-mthoxypropane ou mthylpropylther

CH2

O

CH2

CH

CH3

CH3

CH3

1-ethoxy-2-methylpropane




III. LES COMPOSES CARBONYLES

1. Le groupe caractristique carbonyle

La molcule d un compos carbonyl est caractrise par la prsence d un groupe carbonyle form

d un atome de carbone trigonal li par une liaison de covalence double un atome d oxygne.

2. Les aldhydes

a) dfinition et formule gnrale

La molcule d un aldhyde est caractrise par la prsence d un groupe carbonyle li un atome

d hydrogne:

La formule gnrale d un aldhyde est soit CnH2nO

Remarque: pour simplifier, on crit R-CHO et non R-COH.

b) Nomenclature

Le nom d un aldhyde s obtient en remplaant le "e" final du nom de l alcane correspondant par la

terminaison "al". La chaine est numrote de faon que le carbone du groupe aldhyde ait l indice 1.

CH3 CH CO

CH3H

CH3 CH2 CH2 CO

H

CH3 CH2 CH CH2 CH3

CHO

2-methylpropanalbutanal

2-ethylbutanal

3. Les ctones

a) Dfinition et formule gnrale

La molcule d une ctone est caractrise par la prsence d un groupe carbonyle li deux atomes

de carbone ttragonaux.

CC

C

O

H

H

HH

H

H

R CO

H

C O

H

H

C O

H

H




C

O

OH

CH3

C

O

O R2

R1

La formule gnrale d une ctone est: soit CnH2nO. Pour simplifier l criture, on crit:

R-CO-R

b) Nomenclature

Le nom d une ctone s obtient en remplaant le "e" final du nom de l alcane correspondant par la

terminaison "one", prcd, entre tirets, de l indice de position du groupe carbonyle (celui-ci est le

plus petit possible).

CH3 C CH3

O

CH3 C CH2 CH3O

CH3 C

O

CH CH2

CH3

CH2 CH3

acetone ou propanone butan-2-one3-methylhexan-2-one

B. Composs organiques dont la molcule comporte deux atomes d oxygne.

I. LES ACIDES CARBOXYLIQUES

1. Dfinition et formule gnrale

La molcule d un acide carboxylique est caractrise par la prsence d un groupe carboxyle:

ou COOH.

La formule gnrale d un acide carboxylique est: ou R-COOH soit CnH2nO2

2. Nomenclature

Le nom d un acide carboxylique s obtient en remplaant le "e" final du nom de l alcane

correspondant par la terminaison "oque", l ensemble tant prcd du mot "acide". La chaine est

numrote de faon que le carbone du groupe carboxyle ait l indice 1.

C

O

OH

CH2CH2CH3 C

O

OH

CH2CCH3

CH3

CH3

CH

O

OH

acide butanoque acide 3,3-dimethylbutanoque acide mthanoque ou acide formique

II. LES ESTERS

1. Dfinition et formule gnrale

Les esters sont des drivs des acides carboxyliques, leur formule gnrale est: soit CnH2nO2

C

O

R2R1




2. Nomenclature

Pour nommer un ester de formule gnrale R1-COO-R2, on remplace la terminaison "oque" du nom

de l acide dont-il drive par la terminaison "oate", ensuite on nomme le radicale R2. Le terme acide

sera supprim du nom.

C

O

O CH3

CH3 CH2C

O

O CH

CH3

CH3

CH2 CH3

propanoate de mthyle

thanoate de sec-butyle

C. Test didentification des aldhydes et ctones:

Ractifs Exprience Rsultat du test

Ctone Aldhyde

DNPH

Prparer deux tubes essai contenant

respectivement environ 1 mL de DNPH.

Ajouter dans le premier tube quelques gouttes de la solution d'thanal.

Ajouter dans le second tube quelques gouttes de propanone.

Observer.

Prcipit

jaune

orang

Prcipit jaune

orang

ractif de

Shiff

Prparer deux tubes essai contenant respectivement environ 1 mL de ractif de

Schiff.

Ajouter dans le premier tube quelques gouttes de la solution d'thanal.

Ajouter dans le second tube quelques

gouttes de propanone.

Observer.

- La solution devient

rose violace

liqueur de

Fehling

Dans un tube essai, verser environ 2 mL

de liqueur de Fehling. Ajouter environ 1mL

de la solution d'thanal.

Tidir lgrement la flamme du bec

Bunsen en maintenant le tube avec une

pince en bois.

Observer.

-

Formation dun

prcipit rouge

brique

Ractif de Ajouter environ 1 mL de la solution

d'thanal dans le tube contenant le ractif - Dpt dargent sur

les parois du tube:



36 Notion de couple oxydant rducteur: ion mtallique/mtal

Tollens de Tollens et placer au bain marie une

dizaine de minutes.

miroir dargent

Remarque: la DNPH (2,4-dinitrophnylhydrazine) ne permet pas didentifier un aldhyde dune

ctone mais elle met en vidence la prsence du groupe carbonyl.

Notion de couple oxydant rducteur:

ion mtallique/mtal

I. TEST DE RECONNAISSANCE DE CATIONS METALLIQUES Pour identifier un ion mtallique dans une solution on procde par des tests

1. Mode opratoire.

Dans un tube essai, introduire 2 mL d une solution d un des cations suivants Ag+, Al3+, Cu2+, Fe3+,

Fe2+ ou Zn2+.

Verser une solution d hydroxyde de sodium (Na++ HO-) goutte goutte (agiter aprs chaque ajout).

Observer l volution du contenu du tube. Partager le contenu du tube en deux fractions a et b. Dans a, ajouter un excs de soude et

dans b, ajouter goutte goutte une solution aqueuse d ammoniac NH3 (NH4++HO-).

2. Observations

Pour chacun des cations tudis, notons dans un tableau:

La couleur de la solution initiale, La couleur et l aspect du prcipit, Les modifications du prcipit lorsqu on le laisse reposer, lorsqu on ajoute un excs

d hydroxyde de sodium, lorsqu on ajoute une solution d ammoniac.

Cation Mn+ couleur

Hydroxyde M(OH)n aspect-couleur

Modification du prcipit

Excs de HO- En prsence de NH3

Cu2+ bleu Cu(OH)2

Bleu, glatineux -

Soluble Bleu cleste

Al3+

incolore Al(OH)3

Prcipit blanc Soluble Insoluble

Zn2+ incolore

Zn(OH)2 Prcipit blanc

Soluble Soluble

Ag+ incolore

AgOH (blanc) + Ag2O (brun) Prcipit (AgCl) qui noirci en

la lumire Soluble




Fe2+ vert ple

Fe(OH)2 Prcipit verdtre

Prcipit qui rougit l air

(Fe2+ s oxyde en Fe3+)

Fe3+ jaune orang

Fe(OH)3 Prcipit rouille

II. REACTION DOXYDOREDUCTION

1. Exprience 1

Plongeons une lame de Zn dans une solution de sulfate de cuivre (Cu2++SO42-) initialement bleue:

prsence d ion Cu2+.

La solution bleue se dcolore: les ions Cu2+ ont ragi. On observe un dpt rougetre sur la lame de zinc: c est du cuivre mtal On filtre la solution et on ajoute des ions HO- la solution obtenue: on obtient un prcipit

blanc d hydroxyde de zinc: donc la solution contenait des ions Zn2+.

2. Conclusion

Les ions Cu2+ ragissent avec le zinc pour donner du cuivre mtal et des ions Zn2+.

Cu2+ + Zn Cu + Zn2+ (1)

3. Interprtation

On peut dcomposer cette quation en deux demi quations (thoriques) traduisant deux

transformations simultanes.

a. Oxydation du zinc

Chaque atome de Zn perd deux lectrons et se transforme en ion Zn2+: on dit que le zinc est oxyd et

cela se traduit par la demi quation lectronique:

Zn Zn2+ + 2e-

Oxydation = perte d lectron(s)

Toute espce chimique capable de cder un ou plusieurs lectrons est un rducteur (exemple: Zn)

b. Rduction de lion cuivre II




Chaque ion Cu2+ gagne deux lectrons et se transforme en cuivre mtal: on dit que les ions Cu2+ ont

t rduits et cela se traduit par la demi quation lectronique:

Cu2+ + 2e- Cu

Rduction = gain d lectron(s)

Toute espce chimique capable de cder un ou plusieurs lectrons est un oxydant (exemple: l ion

Cu2+).

c. Raction doxydorduction

L quation bilan (1) est la somme de ces deux demi quations lectroniques mettant en vidence un

transfert direct de deux lectrons d un atome de zinc un ion cuivre II.

Zn Zn2+ + 2e-

Cu2+ + 2e- Cu

Cu2+ + Zn Cu + Zn2+

Une raction d oxydorduction rsulte d un transfert d lectrons (s) entre l oxydant et le rducteur.

Le nombre d lectrons cd au cours de l oxydation est gal au nombre d lectrons capts au cours

de la rduction.

L oxydation et la rduction se droule simultanment car il n existe pas d lectron libre en solution.

III. NOTION DE COUPLE OXYDANT REDUCTEUR

1. Exprience 2

Plongeons une lame de cuivre dans une solution de nitrate dargent. Attendons environs une heure.

La partie immerge de la lame de cuivre se recouvre d un dpt noir, c est un solide finement divis (les mtaux finement diviss ont l aspect d une poudre noire).

Le dpt s paissit et devient blanc brillant, c est du mtal argent Ag. La solution initialement incolore devient bleue, couleur caractristique des ions Cu2+.

CONCLUSION: le mtal Cu ragit avec les ions Ag+, il se forme des ions Cu2+ et du mtal argent.




2. Interprtation

a. Raction doxydorduction

La raction entre le mtal cuivre et l ion Cu2+ rsulte galement d un transfert d lectrons entre ces

deux espces: c est une raction d oxydorduction.

Cu Cu2+ + 2e-

(Ag+ + e- Ag) 2

Cu +2 Ag+ Cu2+ + 2Ag

b. Le couple Cu2+/Cu

Dans l exprience 1 les ions Cu2+ ont t rduits en Cu: Cu2+ + 2e- Cu Dans l exprience 2 le cuivre mtal est oxyd en ion Cu2+: Cu Cu2+ + 2e-

On rsume les deux situations par une seule demi-quation lectronique Cu2+ + 2e- Cu: on dit

que Cu2+ et Cu forme un couple oxydant rducteur not Cu2+/Cu.

c. Gnralisation

Lorsqu on peut passer:

du mtal M l ion mtallique Mn+ par une oxydation, de l ion mtallique Mn+ au mtal M par une rduction,

alors on dit que l ion Mn+ et M constitue un couple oxydant rducteur ou couple redox not Mn+/M,

auquel on associe la demi-quation lectronique Mn+ + ne- M.

REMARQUE: l oxydant et le rducteur sont dits conjugus.

EXEMPLES: Fe2+/Fe, Pb2+/Pb, Al3+/Al

IV. LES REACTIONS DOXYDOREDUCTION Une raction d oxydorduction (redox) est un transfert d lectron, du rducteur d un couple sur

l oxydant d un autre couple. Soient la raction entre deux couples redox Oxyd1/Red1 et Oxyd2/Red2.

On a alors: Oxyd1 + Red2 Oxyd2 + Red1

EXEMPLE: Cu2+ + Zn Cu + Zn2+



40 Classification qualitative des couples redox: ion mtallique mtal

Classification qualitative des couples

redox: ion mtallique mtal

I. FORCE DUN COUPLE OXYDANT REDUCTEUR

1. Comparaison du Fer et du cuivre

a. EXPERIENCE 1

Prparer dans un bcher une solution aqueuse de sulfate de cuivre CuSO4. Plonger une lame de fer

dans la solution, attendre quelques instants, observer

Observations: La solution bleue du sulfate de cuivre se dcolore alors qu on observe un dpt

mtallique de cuivre sur la lame de fer.

Conclusion: Un atome de fer a cd 2 lectrons un ion Cu2+. Le fer a t oxyd par l'ion Cu2+, de

mme l ion Cu2+ a t rduit par le fer suivant l quation: Cu2+ + Fe Fe2+ + Cu

b. EXPERIENCE 2

Prparer dans un bcher une solution aqueuse de sulfate de fer FeSO4. Plonger y la plaque de cuivre,

attendre quelques instants, observer.

Observation: il ne se produit aucune raction quelque soit la dure de l'exprience

Conclusion: Un atome de cuivre ne peut pas cder 2 lectrons un ion Fe2+. Le cuivre ne peut pas

tre oxyd par les ions Cu2+, de mme les ions Cu2+ ne peuvent pas rduire le cuivre mtal.




Fe

Cu Cu2+

Fe2+

POC

PRC

c. CONCLUSION DE CES 2 EXPERIENCES

Le fer est plus rducteur que le cuivre et que l ion Cu2+ est plus oxydant de l ion

Fe2+. On rsume cette situation sur l axe ci-dessous.

POC: pouvoir oxydant croissant; PRC: pouvoir rducteur croissant.

2. Comparaison du Fer et du Zinc

a. EXPERIENCE 3

Prparer dans un bcher une solution aqueuse de sulfate de zinc ZnSO4.

Plonger y une lame de fer. Attendre quelques instants, observer.

Observations: Aucune raction ne se droule.

Conclusion: Le fer ne peut pas rduire l ion Zn2+, de mme l ion Zn2+ ne peut pas oxyder le fer.

b. EXPERIENCE 4

Plonger dans le bcher contenant une solution de sulfate de fer FeSO4 une lame de zinc, et attendre

quelques minutes, observer.

Observation: La coloration vert ple due la prsence d ion Fe2+ devient

incolore et on observe un dpt mtallique de Fer sur la lame de Zinc.

Conclusion: Un atome de Zinc cde 2 lectrons l ion Fe2+. Le Zinc a rduit l ion

Fe2+, de mme l ion Fe2+ a oxyd l atome Zn selon l quation bilan:

Zn + Fe2+ Zn2+ + Fe

Fe

Cu Cu2+

Fe2+

POC

PRC

Zn Zn2+




c. CONCLUSION DE CES 2 EXPERIENCES

Le zinc est plus rducteur que le fer et que l ion Fe2+ est plus oxydant de l ion Zn2+. On rsume cette

situation sur l axe ci-contre.

3. Gnralisation

Par l approche prcdente, on peut classer qualitativement les

couples rdox. Des expriences prcises ont permis la

classification lectrochimique de quelques couples rdox ion

mtallique/mtal (figure 1).

4. Couple H3O+ /H2

Les ions hydronium H+ ou H3O+ ragissent avec le fer pour donner les ions Fe2+ et un dgagement de

d hydrogne H2 selon l quation:

Fe Fe2+ + 2e-

2H+ + 2e- H2

Fe + 2H+ Fe2+ + H2

En barbotant du dihydrogne dans une solution de chlorure de palladium (jaune orange), celle-ci se

dcolore et un solide noir apparat en suspension:

c est du palladium mtal finement divise. L quation

de la raction est:

H2 2 H+ + 2e-

Pd2+ + 2e- Pd

Pd2+ + H2 Pd + 2H+

Ces expriences montrent qu on peut passer de H+ H2 et inversement selon la demi quation

lectronique:

2H+ + 2e- H2 ou 2H3O+ + 2e- H2 + 2H2O associe

au couple oxydant rducteur H+/H2 ou H3O+/H2.

5. Place du couple H3O+ /H2 dans la classification

L ion hydronium oxyde certains mtaux comme Pb, Ni, Fe, Zn, Al, Mg, etc. L ion H3O+ est un oxydant plus fort que les ions mtalliques: Pb2+, Ni2+, Fe2+, Zn2+, Al3+, Mg2+, etc.

En revanche, d autres mtaux comme Cu, Ag, Hg, Pd, Pt, Au, etc., ne sont pas oxyds par les ions H3O

+. Le dihydrogne est un rducteur plus fort que les mtaux: Cu, Ag, Hg, Pd, Pt, Au,

etc.

Le classement gnral des couples Mn+/M permet de situer le couple H+/H2 au-dessus de tous les couples dont le mtal est oxydable par l ion hydronium. (tableau)

Figure 1: tableau de classification des quelques couples rdox Mn+/M




II. PREVISION DES REACTIONS

1. Rgle du "gamma"

Dans une raction d oxydorduction, l oxydant le plus fort ragit avec le rducteur le plus fort pour

donner l oxydant le plus faible et le rducteur le plus faible. Si on peut former un en reliant les deux

ractifs (Ox1 et Red2) aux deux produits (Ox2 er Red1) alors la raction est possible.

2. Application

Soient les couples H+/H2, Ni2+/Ni et Au3+/Au.

- Dire quelles sont, a priori, toutes les ractions d oxydorduction possibles. - quilibrer chacune de ces ractions.

Une solution:

- La position relative des couples dans la classification gnrale est:

En associant les couples deux deux, on peut prvoir trois ractions

d oxydorduction:

(a) (b) (c) - criture des quations:

Raction (a)

(Au3+ + 3e- Au) 2

(H2 2 H+ + 2 e-) 3

2Au3+ + 3H2 2Au + 6H+

Raction (b)

2H+ + 2e- H2

Ni Ni2+ + 2e-

2H+ + Ni H2 + Ni2+

H2

Au Au3+

H+

POC

PRC

Ni Ni2+

Red1

Red2

Ox1

Ox2

Au

H2

Au3+

H+

H2

Ni

H+

Ni2+

Au

Ni

Au3+

Ni2+




Raction (c)

(Au3+ + 3e- Au) 2

(Ni Ni2+ + 2e- ) 3

2Au3+ + 3Ni 2Au + 3Ni2+



45 Classification quantitative des couples redox Mn+/M

Classification quantitative des couples

redox Mn+/M

La classification qualitative permet de prvoir le sens d une raction possible mais elle ne dit pas si la

raction est totale ou non. La classification quantitative, base sur la variation d une grandeur

physique appele potentiel d oxydorduction, permet de lever ces quivoques.

I. tude dune pile: la pile de Danielle

1. FONCTIONNEMENT a. EXPERIENCE

Le pont lectrolytique (colonne contenant du coton imbib d une solution lectrolyte de KCl) permet

la migration des ions d un compartiment l autre. Chaque compartiment reprsente une demi-pile.

b. OBSERVATIONS :

- l'aiguille du voltmtre est dvie, donc un courant circule l'extrieur de la pile de l'lectrode de cuivre (positive) vers l'lectrode de zinc (ngative). La tension mesure est appele f..m.(force lectromotrice) de la pile, on la note E

- A l'intrieur de la pile, le courant circule de l'lectrode de zinc vers celle de cuivre - Si on laisse la pile dbiter assez longtemps, nous observons une augmentation de masse

de l lectrode de cuivre tandis que l lectrode de zinc s amincit.

V

Lame de Cu

Solution bleue de

(Cu2+ + SO42-)

Pont

lectrolytique

Lame

de Zn

Solution de incolore

(Zn2++SO42-)

e

e I I




2. INTERPRETATION: a. REACTIONS AUX ELECTRODES

i. Au ple ngatif

Les lectrons qui entrent dans le circuit extrieur sont fournis par l'lectrode de zinc qui est le sige

d'une oxydation suivant la demi-quation lectronique :

Zn(venant de l lectrode) Zn2+ (qui passe dans la solution) + 2e

-(passent dans le circuit extrieur)

Le ple ngatif d une pile est toujours le sige d une raction d oxydation.

ii. Au ple positif

Les lectrons, lorsqu'ils arrivent l'lectrode de cuivre, sont consomms par la raction de rduction

des ions Cu 2+ suivant la demi-quation

Cu2+(venant de la solution) + 2e-(venant du circuit extrieur) Cu (qui se dpose sur l lectrode)

Le ple positif d une pile est toujours le sige d une raction de rduction

Remarque: le bilan de fonctionnement de la pile se traduit par une raction d oxydorduction:

Cu2+ + Zn(s) Cu(s) + Zn2+

b. CIRCULATION DES IONS

Lorsque la pile fonctionne, les ractions aux lectrodes entrainent:

- Une augmentation des ions Zn2+ dans le compartiment cathodique - Une diminution des ions Cu2+ dans le compartiment anodique - Pour assurer la neutralit lectrique des solutions, les cations (K+) se dplacent vers

l lectrode de cuivre et les anions (Cl-) vers l lectrode de zinc travers le pont salin.

c. REPRESENTATION SYMBOLIQUE DE LA PILE ZINC-CUIVRE

On reprsente symboliquement la pile de Danielle par le schma conventionnel suivant :

(-) Zn(s) / Zn 2+ (aq) Cu 2+(aq) / Cu (s)(+)

"/" : Symbolise la jonction entre l lectrode et la solution

" ":Symbolise la jonction entre les deux demi-piles par le pont lectrolytique (salin).

Remarque: le ple ngatif est toujours plac gauche.




3. FACTEURS INFLUENANT LA F.E.M. DE LA PILE - Temprature: la f..m. d une pile varie trs peut avec la temprature. Cette variation est

de l ordre de 10-3 volts par degr. Les valeurs de f..m. figurant sur les documents sont

gnralement donnes 25C.

- La concentration des cations mtalliques: des mesures prcises de la f..m. de la pile zinc-cuivre, pour des concentrations variables en cations mtalliques, donnent les

rsultats du tableau suivant:

[Zn2+] mol/L [Cu2+] mol/L E(V) 25C

1,00 1,00 1,10

1,50 0,50 1,09

1,90 0,10 1,06

1,99 0,01 1,03

Lorsque la pile dbite, la concentration en ions zinc augmente et celle en ion cuivre diminue, dans les

proportions indique par l quation bilan. D aprs le tableau, cette variation de concentration

entraine une diminution de la f..m.

II. Classification quantitative des couples redox

1. COMPARAISON DE DEUX COUPLES a. PRINCIPE

- Pour comparer deux couples et

, on constitue une pile

lectrochimique en associant les deux demi-piles : / et : /

.

- Si l lectrode M1 est le ple ngatif de la pile: (-) /

(+)

- L quation bilan de la raction qui se droule lorsque la pile dbite est:

n2M1 + n1 n2 M2n2 + n1M2

- Le ple ngatif de la pile est constitu par le mtal rducteur le plus fort d o la classification suivante:

b. EXEMPLE DE CLASSIFICATION DE TROIS COUPLES

En mesurant la f..m. de quelques piles, on obtient le tableau suivant:

Couples compars Ple (-) E(V)

Zn2+/Zn et Cu2+/Cu Zn 1,10

Cu2+/Cu et Ag+/Ag Cu 0,46

Zn2+/Zn et Ag+/Ag Zn 1,56

Par rapport au couple Cu2+/Cu pris comme rfrence, nous pouvons classer les couples Zn2+/Zn,

Cu2+/Cu et Ag+/Ag sur un axe gradu en volts suivant les tensions ou f..m. des piles.

M2

M1

M2n2+

M1n1+




Ag+

Ag

Cu

Zn

Cu2+

Zn2+

0,46

1,10

(V)

1,56

La tension mesure aux bornes d une pile donne la d.d.p entre les deux demi-piles. Pour obtenir une

classification universelle et dterminer le potentiel d une demi-pile il faut ncessairement choisir un

de rfrence. Par convention internationale le couple de rfrence est: H3O+/H2 et V H3O

+/H2=0

III. Potentiel normal doxydorduction dun couple Mn+/M

1. LECTRODE STANDARD DHYDROGENE (E.S.H) Le couple H+/H2 pris dans les conditions standard (pH=0; pression: P=1 bar. = 10

5 Pa) est le couple de

rfrence. L lectrode normale hydrogne est la demi pile de rfrence, son potentiel est choisi nul

toute temprature; on la note: EH+/H2=0.

2 H3O+ + 2e H2 + 2H2O

2. POTENTIEL STANDARD DOXYDOREDUCTION a. POTENTIEL DOXYDOREDUCTION DUN COUPLE MN+/M

Le potentiel d oxydorduction d un couple Mn+/M est le potentiel de l lectrode M mesur par

rapport l lectrode standard hydrogne dans la demi-pile obtenue en associant la demi pile

M/Mn+ l E.S.H. On la note E(Mn+/M).

La f..m. d'une pile est gale la d.d.p. entre les bornes des deux demi-piles : E = Vo+ - Vo -. On

distingue deux cas possibles:

- E.S.H est le ple ngatif de la pile: (-)E.S.H Mn+/M(+) M est un rducteur plus faible que H2; M

n+ est un oxydant plus fort que H+. La f..m. de la

pile est: E=VM Vpt = VM .

- E.S.H est le ple positif de la pile: (-)M/Mn+ E.S.H(+). M est un rducteur plus fort que H2; M

n+ est un oxydant plus faible que H+. La f..m. de la

pile est: E=Vpt VM=- VM

H2

Solution acide

lectrode de Pt




b. POTENTIEL STANDARD

Le potentiel d'une demi-pile est appel potentiel redox du couple redox. Le potentiel redox standard

est celui quil prend dans les conditions standards :

Concentration des espces chimiques en solution : 1mol L-1 ; Pression des espces gazeuses : 1 bar ; Temprature : 25C.

Les potentiels standards sont nots par : E0

Classification des couples suivant les potentiels standards: (document annexe)

3. QUELQUES REMARQUES

- le ple positif d'une pile est constitu par le mtal du couple de potentiel standard le plus lev.

- Une raction d oxydorduction est totale si la diffrence en valeur absolu des potentiels standards des couples est suprieure 0,3 V.

IV. Applications

1. CALCUL DE LA F.E.M. DUNE PILE La f..m. d une pile fonctionnant dans les conditions standards est gale la diffrence entre le

potentiel standard du couple dont l lectrode constitue le ple positif et le potentiel standard du

couple dont l lectrode constitue le ple ngatif.

E E0(+) E0(-)

2. PREVISION DES REACTIONS Une raction d oxydorduction est possible si elle se produit entre l oxydant du couple dont le

potentiel standard est plus grand et le rducteur dont le potentiel standard est le plus petit.

Si E10 E2

0, alors: Ox1 + Red2 Ox2 + Red1

Exemple: considrons la pile plomb-argent constitue, dans les conditions standard, par les couples

Pb2+/Pb et Ag+/Ag. Nous lisons dans le tableau:

Ag+

Ag

E0 (V)

-0,13

0,80

PbPb2+

Le mtal recteur le plus fort est le plomb, il constitue le ple ngatif de la pile: (-) Pb / Pb 2+ Ag + / Ag(+). La f..m. de cette pile est E=E0(Ag+/Ag) E0(Pb2+/Pb)=0,80-(-0,13)=0,93 V




3. EXERCICE DAPPLICATION a) Comment constituer une pile faisant intervenir les couples Cu2+/Cu et Ni2+/Ni. b) Quel est le ple positif de la pile ainsi que sa f..m. On donne: E0(Cu2+/Cu)=0,3V et

E0(Ni2+/Ni)=-0,23V.

c) Comment la masse de l lectrode ngative varie-t-elle lorsque la pile dbite un courant de 10 mA pendant 2h?

On donne: M(Ni)=58,7 g/mol; M(Cu)=63,5 g/mol et = 6,02.1023 ; e = -1,6.10-19C

Solution

a) On donne le schma de la pile raliser dans les conditions standards.

b) Le ple positif est le mtal du couple de potentiel standard le plus lev: c est le cuivre. E= E( Cu2+/Cu) E(Ni2+/Ni) =0,34 (-0,23) = 0,57 V.

c) La quantit d lectricit q It 10 2 2 3600 72 C. l lectrode ngatif est le sige de la raction de rduction: Ni Ni2+ + 2 e

n q

| |e

72

6,02.1023 1,6.10 19 7,48.10 4 mol.

Le passage de n moles d lectrons correspond l oxydation de n2

moles d atomes de Ni, soit

une diminution en masse de m(Ni) n2

M(Ni) 7,48

2 58,7 22 mg.

Quelques concepts sur les piles. (Hors programme) La capacit d une pile est la valeur est la valeur absolue de la charge lectrique totale qu elle peut

fournir. On l exprime en ampreheure (Ah) ou milliampre heure (mAh).

It avec : capacit en Ah; I: intensit en A et t: dure totale du fonctionnement en h

1 Ah = 3600 C.

L nergie disponible Wel est gale au produit de la capacit par la force lectromotrice de la pile. On

l exprime en wattheure (Wh)

Wel= E avec Wel: nergie disponible en Wh; : capacit en Ah et E: f..m. en V



51 Gnralisation de loxydorduction en solution aqueuse dosage redox

Gnralisation de loxydorduction en

solution aqueuse dosage redox

I. Gnralisation: thorie des oxydants et des rducteurs.

1. DEFINITIONS ET EXEMPLES. a) Les rducteurs.

Un rducteur est une espce susceptible de donner un ou plusieurs lectron(s).

Par exemple:

Le zinc est un rducteur car il est capable de donner deux lectrons en donnant l'ion zinc (II).

Zn(s) Zn2+

(aq) + 2e-

L'ion fer (II) est un rducteur car il est capable de donner un lectron en donnant l'ion fer (III).

Fe2+(aq) Fe3+

(aq) + e-

b) Les oxydants.

Un oxydant est une espce susceptible de capter un ou plusieurs lectron(s).

Par exemple:

L'ion ttrathionate (S4O62-

(aq)) est un oxydant car il est capable de capter deux lectrons en donnant l'ion thiosulfate (S2O3

2-(aq)).

S4O62-

(aq) + 2e- 2S2O3

2-(aq)

L'ion permanganate (MnO4-(aq)) est un oxydant en milieu acide car il est capable de capter cinq

lectrons en donnant l'ion manganse (II) (Mn2+(aq)).

MnO4-(aq) + 5e

- + 8H+(aq) Mn2+

(aq) + 4H2O

c) Remarques.

Les critures prcdentes sont appeles demi-quations d'oxydorduction (ou demi-quations redox).

L'criture correcte de ces demi-quations rdox est fonde sur les lois de conservation des lments d'une part et de la charge lectrique d'autre part. La mthode est donne ci-dessous (Paragraphe II.1).




2. COUPLE OXYDANT / REDUCTEUR OU COUPLE REDOX. a) dfinition.

Un couple oxydant / rducteur est l'ensemble form par un oxydant et un rducteur qui se correspondent dans la mme demi-quation rdox.

Oxydant + ne- rducteur

b) Exemples.

Les exemples suivants sont connatre.

Couple Oxydant Rducteur Demi-quation rdox

H+(aq) / H2(g) ion hydrogne (aq) dihydrogne 2H+

(aq) + 2e- H2(g)

Mn+(aq) / M(s) cation mtallique mtal Mn+

(aq) + ne- M(s)

Fe3+(aq) / Fe2+

(aq) ion fer (III) ion fer (II) Fe3+

(aq) + e- Fe2+(aq)

MnO4-(aq) / Mn

2+(aq) ion permanganate ion manganse (II) MnO4

-(aq) + 5e

- + 8H+(aq) Mn2+(aq) + 4H2O

I2(aq) / I-(aq) diiode (aq) ion iodure I2(aq) + 2e

- 2I-(aq)

S4O62-

(aq) / S2O32-

(aq) ion ttrathionate ion thiosulfate S4O62-

(aq) + 2e- 2S2O3

2-(aq)

Cr2O72-/Cr3+ ion dichromate ion chrome Cr2O7

2- + 14 H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O

II. Raction d'oxydorduction (ou raction rdox)

1. DEMI-EQUATIONS D'OXYDOREDUCTION.

L'criture des demi-quations rdox est fonde sur les lois de conservation des lments et des charges lectriques.

La conservation de la charge lectrique est assure par les lectrons. La conservation des lments ncessite, le cas chant, l'intervention de l'oxygne (on le trouve

dans l'eau pour les solutions aqueuses) et/ou des ions H+(aq) ou H3O+(pour certaines ractions qui

ont lieu en milieu acide). a) Premier exemple.

On considre le couple Fe3+(aq) / Fe2+

(aq) et l'on veut crire la demi-quation redox correspondante.

On crit: Fe3+(aq) Fe2+

(aq)

Les lments sont quilibrs. Il faut quilibrer les charges. On utilise les lectrons.

Fe3+(aq) + e- Fe2+(aq)

b) Deuxime exemple.

On considre le couple MnO4-(aq) / Mn

2+(aq) et l'on veut crire la demi-quation d'oxydorduction

correspondante.




On crit: MnO4-(aq) Mn

2+(aq)

L'lment manganse est quilibr. Il faut quilibrer l'lment oxygne. En milieu aqueux cela se fait avec l'eau.

MnO4-(aq) Mn

2+(aq) + 4H2O

Il faut quilibrer l'lment hydrogne introduit par l'eau. En milieu acide on utilise H+(aq) (ou H3O

+) MnO4

-(aq) + 8H

+(aq) Mn

2+(aq) + 4H2O

Il reste quilibrer les charges lectriques. On utilise pour cela les lectrons.

MnO4-(aq) + 8H

+(aq) + 5e- Mn2+(aq) + 4H2O

2. LES REACTIONS D'OXYDOREDUCTION.

Une raction d'oxydorduction met en jeu deux couples redox. Elle consiste en un transfert d'un ou plusieurs lectron(s) du rducteur de l'un des couples l'oxydant de l'autre couple.

Tous les lectrons cds par le rducteur du premier couple sont capts par l'oxydant du deuxime couple. Par consquent il n'apparat aucun lectron dans l'quation de la raction.

On crira:

rducteur 1 oxydant 1 + n1e- (x n2)

oxydant 2 + n2e- rducteur 2 (x n1)

n2.rducteur1 + n1.oxydant 2 n2.oxydant 1 + n1.rducteur 2

Par exemple on veut crire l'quation de l'oxydation des ions fer (II) par les ions permanganate en milieu acide. On crira:

Fe2+(aq) Fe3+

(aq) + e- (x 5)

MnO4-(aq) + 8H

+(aq) + 5e- Mn2+(aq) + 4H2O (x 1)

5Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8H

+(aq) 5Fe3+(aq) + Mn2+

(aq) + 4H2O

III. Dosages rdox

1. GENERALITES a) Dfinition.

Doser ou titrer une espce chimique en solution consiste dterminer la concentration molaire de cette espce dans la solution.




Cela revient aussi dterminer la quantit de matire de cette espce prsente dans un volume donn de cette solution.

b) Dosages directs

Elles consistent faire ragir la solution doser contenant le ractif titrer avec une solution contenant le ractif titrant (ractif dont on connat la concentration).

Le choix d'une raction de dosage doit satisfaire trois exigences. Elle doit tre:

univoque (non parasite par une autre raction ayant les mmes

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Chimie en Première